分期播種對夏玉米產量及品質的影響

崔兆韻，鄒俊麗，楊榮光，石兆鵬

（1山東省氣象防災減災重點實驗室，濟南 250031；2山東省泰安農業(yè)氣象試驗站，山東泰安 271000）

0 引言

隨著人口數(shù)量增加及人們生活質量的提高，對糧食數(shù)量和質量的需求日益增加[1]。但近年來極端氣候頻發(fā)，對中國主要糧食作物玉米的產量及品質造成不利影響[2-4]。李潮海等[5]研究表明，適宜的播期能夠有效保障玉米在其生育期內高效利用光熱資源并且獲得高產，適期播種是實現(xiàn)玉米高產穩(wěn)產的必要條件。籽粒灌漿是玉米產量及品質形成的主要過程，受干物質積累、轉運以及籽粒灌漿特性的影響[6-7]。因此，研究播種期對玉米干物質轉運分配、籽粒灌漿及產量形成的影響對實現(xiàn)玉米高產穩(wěn)產具有重要意義。徐田軍等[8]通過玉米分期播種試驗建立了干物質的動態(tài)積累模型，分析了播期對干物質積累轉運和籽粒灌漿特性的影響；同時大量研究表明播期主要是通過溫度、光照時數(shù)、降雨量等來影響玉米生長發(fā)育，并且主要通過溫度條件影響玉米干物質積累、轉運及籽粒灌漿特性，是影響作物群體性狀和產量形成的重要因素。不同播期的有效積溫變化是影響產量的關鍵因素，調整播期則是充分利用光熱資源并協(xié)調玉米生長的有效手段，適期播種能使玉米充分利用光熱資源來構建良好的豐產群體[9-10]。作物干物質積累與特性及籽粒灌漿狀況是影響產量及品質的重要因素，研究表明不同播期下玉米灌漿期溫度差異較大，最高氣溫平均值對灌漿速度的影響最大[11]。同時溫度和降水是共同決定作物干物質積累的2個重要因素，是對作物影響最大、貫穿作物生長始末的氣象因素[12-13]。一般情況下品質籽粒充實度越好，則稻米品質越優(yōu)[14]。而莖稈干物質向籽粒中轉運速率快、灌漿速率高是玉米獲得較高粒重從而獲得高產的重要原因。鑒于此，氣候變化對北方地區(qū)玉米干物質積累以及不同播種期對玉米產量及品質形成的研究成為重點關注的領域。前人關于不同播期下干物質積累或產量形成的研究較多，但研究不同播期下干物質積累及籽粒灌漿速率對產量及品質影響特性的研究較少。本試驗通過設置不同播期處理，研究不同播期下光照、積溫及降雨量對夏玉米干物質積累、籽粒灌漿速率、產量及品質的影響，探討不同播期下氣候因素對玉米干物質積累、分配及籽粒灌漿特性的影響，以期為培育適應極端天氣并且產量與品質穩(wěn)定的廣適性品種并為相應栽培管理措施提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

本試驗于2018—2020 年在山東省泰安農業(yè)氣象試驗站進行，海拔高度128.6 m。試驗地段土壤為沙壤土，顯微酸性，肥力較好，地下水位深度大于2 m。試驗地段為平原地，地勢平坦，大田作物為一年兩作（冬小麥-夏玉米），夏玉米前茬作物為冬小麥。

1.2 試驗方法

選用推廣面積較大的中熟玉米品種‘登海605’為試驗材料。設置4個播期：5月31日（播期1，S1）、6月10 日（播期2，S2）、6 月20 日（播期3，S3）和6 月30 日（播期4，S4）。

試驗采用隨機區(qū)組設計，小區(qū)面積33 m2，每個播期設置3個重復。種植密度按照株距25 cm，行距55 cm，設置為72727株/hm2；栽培方式為平作，直播；各小區(qū)播種時施用專用復合肥750 kg/hm2；田間管理參照高產田管理模式進行。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 氣象資料收集 氣象資料由泰安國家氣象觀測站提供，該站與試驗點位于同一地段，兩者相距40 m。如表1所示，觀測并記錄夏玉米從播種至收獲每日總日照時數(shù)、平均氣溫、降水量，并統(tǒng)計出播種-拔節(jié)、拔節(jié)-開花、開花-成熟以及全生育期的積溫、降水量及日照。

表1 2018—2020年積溫、降水量及日照等氣象因素

1.3.2 株高及葉面積 分別于七葉、拔節(jié)、抽雄、乳熟期測量植株高度（自地面至雄穗頂端的高度），每個小區(qū)測量10株；于七葉、拔節(jié)、抽雄、乳熟、成熟期測量植株綠色葉面積，植株各綠色葉片面積(cm2)為單葉中脈長(cm)×最大寬度(cm)×0.7，根據(jù)所測葉面積計算各小區(qū)葉面積指數(shù)。

1.3.3 干物質積累 成熟期每個小區(qū)取樣10株，每株按照葉片、莖干、葉鞘和穗分開，裝入紙袋后放于烘箱內105℃殺青30 min，80～85℃烘干至恒重后稱重，并計算成熟期葉片、莖干、葉鞘及穗干重占植株地上部總重的比例。

1.3.4 籽粒灌漿特性 選取小區(qū)內有代表性并且生長一致的植株40株于開花期掛牌標記，自開花后10～45 d，每隔5 d 取樣一次，每次處理取5 個果穗，從每個果穗中部位置取100個籽粒烘干稱重。

1.3.5 產量及籽粒品質測定 成熟期對各小區(qū)中間6行進行收獲，對收獲果穗隨機選取30個自然風干后用于室內考種，考察果穗長、果穗粗、每穗粒數(shù)、千粒重，并計算產量；同時測定籽粒蛋白質、脂肪、粗纖維、淀粉及氨基酸含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010軟件進行數(shù)據(jù)處理及作圖，選用SPSS 17.0軟件進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析。

2 結果

2.1 播期對玉米產量及其構成的影響

不同年份間不同播種時期夏玉米產量表現(xiàn)不同（表2）。2018 年夏玉米以S3 獲得較高產量，其次是S2，但單位面積產量在不同播期間差異未達顯著水平；S3 百粒重顯著高于其他播期，每穗粒數(shù)顯著低于本年度最高水平S1；S1 果穗長度顯著高于其他播期，S4播期果穗粗度最大，顯著高于其他播期。2019年S1田間產量最高，并且顯著高于其他播期，S2產量次之；S1 每穗粒數(shù)、百粒重、果穗長及果穗粗均高于其他播期，S2次之；S3百粒重最低，其產量值在當年各播期中最低。2020 年S2 產量最高，并且顯著高于其他播期，其百粒重及每穗粒數(shù)與其他播期相比，均處于較高水平，同時果穗長和果穗粗高于其他播期。在3 年試驗中，S4 每穗粒數(shù)和百粒重均低于其他播期，產量均處于最低水平。相關性分析結果表明，玉米群體產量與積溫顯著相關；果穗粗與降水顯著相關，與日照極顯著相關；果穗長與日照顯著相關。

表2 不同播種時期對玉米產量及其構成的影響

2.2 播期對玉米籽粒品質的影響

由表3可知，不同播期對籽粒蛋白質、脂肪及淀粉含量影響相對較小，對粗纖維含量影響較大。2018年4個播期籽粒蛋白質含量、脂肪含量無顯著差異，淀粉含量S2 低于S1 及S4，S2 粗纖維含量顯著高于本年度其他播期。2019 年各播期間脂肪和淀粉含量無顯著差異，S1 與S4 蛋白質含量顯著高于S2 與S3，同時S1與S2 粗纖維含量顯著高于其他播期。2020 年各播期間蛋白質含量無顯著差異，S2表現(xiàn)較為突出，其脂肪、淀粉及粗纖維含量均處于較高水平。相關性分析結果表明，積溫與籽粒脂肪含量、粗纖維含量顯著相關，日照與籽粒淀粉含量顯著相關。

表3 不同播種時期對玉米籽粒蛋白質、脂肪、淀粉及粗纖維等的影響

2.3 播期對籽粒干重的影響

隨著生育時期的推進，籽粒百粒重增加，基本在開花后40 d趨于穩(wěn)定，2018—2020年不同播期粒重增長趨勢存在差異（圖1）。2018年S1、S2和S4播期粒重總體增長趨勢比較一致，前期灌漿速率比較均勻，并且均在開花后40 d左右粒重趨于穩(wěn)定，S3于開花后20～30 d灌漿速率相對低于開花后10～20 d，并且于開花25 d后灌漿速率提高，最大灌漿速率每天可達2.22 g/100 g，開花后45 d百粒重達到最大值33.47 g，顯著高于同年其他播期。2019 年S1 和S4 百粒重增長趨勢比較接近，開花后20 d S1灌漿速率高于S4，開花后40 d粒重開始趨于穩(wěn)定；相對于S1 與S4，S2 與S3 灌漿速率相對穩(wěn)定，尤其是開花后40 d仍維持較高水平，最終S2與S3粒重高于本年度其他播期。2020年S1和S4粒重增長趨勢相對接近，均于開花后30～35 d 籽粒灌漿速率達到最大值，于開花后40 d 左右粒重趨于最大值；S2 與S3前期表現(xiàn)相對接近，但于開花后25 d S2灌漿速率顯著低于S3，S3整個灌漿期籽粒灌漿速率均維持在較高水平，S3粒重高于本年度其他播期。

圖1 不同播期對夏玉米籽粒干重的影響

2.4 播期對干物質積累及分配的影響

由表4可知，2018年不同播期，收獲期干物質在植株莖鞘、葉片及穗部的分配比例不同，S3 穗干重所占比例顯著高于本年度其他播期，同時該播期葉片和莖干占總重的比例顯著低于其他播期，尤其是莖干/總重為12.58%，S1 和S4 的莖干/總重則高達25.05%和25.08%。2019年和2020年穗重/總重在各播期間差異未達顯著水平，2019年干物質在葉片和莖鞘中的分配有所不同，S1 及S2 葉片中干物質分配比例大于S3 和S4，但莖干中干物質積累比例小于S3和S4；2020年各播期間干物質在莖鞘、葉片及穗間的分配差異不顯著。

表4 不同播種時期對玉米葉片、莖干、葉鞘及穗干物質分配的影響

2.5 播期對株高的影響

由圖2 可知，不同年份間株高表現(xiàn)有所不同。2018 年S3 株高整體較低，乳熟期株高為219.8 cm，顯著低于本年度其他播期；S1、S2及S4株高在整個生育期基本一致，乳熟期株高為227 cm左右。2019年4個播期間株高無顯著差異，乳熟期株高可達240 cm 以上。2020 年除S1 外，其他播期株高變化相對一致，處理間無顯著差異，S1于抽雄期株高顯著低于本年度其他播期，但乳熟期株高與其他處理間無顯著差異。

圖2 不同播期對夏玉米株高的影響

2.6 播期對葉面積指數(shù)的影響

如圖3 所示，不同年份間不同播期玉米葉面積指數(shù)變化差異較大，但總體呈先增加后降低的趨勢，于抽穗期達到最大值，2018 年葉面積指數(shù)大于2019 年及2020 年。2018 年S2 葉面積指數(shù)顯著高于其他播期，尤其是抽穗期葉面積指數(shù)可達12.26；S4 葉面積指數(shù)低于其他播期，抽穗期和成熟期分別為4.20 和2.33。2019年葉面積指數(shù)S1和S2高于S3和S4，抽穗期葉面積指數(shù)最高為6.57，最低為3.63。2020年S3葉面積指數(shù)于抽穗期和成熟期顯著低于其他3 個播期，但乳熟期各播期間差異不顯著。

圖3 不同播期對夏玉米葉面積指數(shù)的影響

3 討論

3.1 播期對夏玉米產量及品質的影響

隨播期的推遲，作物各生育期天數(shù)縮短，溫光資源利用率降低，作物生長發(fā)育不良從而導致產量下降[15-17]。尤其是籽粒灌漿期縮短，籽粒不能實現(xiàn)正常生理成熟，從而導致籽粒質量下降造成減產，Berzsenyi等[18]研究表明每延遲播種10 d和20 d，產量降低5%和12.5%。同時相關研究證明不同熟期粳稻品種產量均隨播期推遲而顯著下降，主要體現(xiàn)在每穗穎花數(shù)和結實率降低，同時蒸煮與食味品質顯著變劣，中熟中粳和遲熟中粳品種營養(yǎng)品質變劣，早熟晚粳類型品種的加工品質變劣[19-20]。適期播種則是花生生產中充分利用光熱資源來構建良好的豐產群體，從而達到提高產量并改善品質效果的保證[21]。本研究中，播期S2和S3玉米的產量和品質均優(yōu)于其他播期，該播期作物生長期內積溫較高，同時播種-拔節(jié)期降水較多，光照充足，墑情處于適宜至過濕之間，保證了玉米正常出苗及苗期生長；拔節(jié)-開花期降水和光照均較為充足，利于玉米生長；開花-成熟期土壤墑情始終處于適宜狀態(tài)，此期光溫水均較為充足，利于夏玉米灌漿成熟。播期主要是通過溫度、光照時數(shù)、降雨量等來影響玉米生長發(fā)育，并且主要通過溫度條件影響作物產量和品質的形成[22-24]。溫度通過影響作物的生理機能，影響對營養(yǎng)物質的吸收強度，從而影響作物品質[25]，因此根據(jù)氣候因素調整播期是協(xié)調玉米生長和光熱水資源的有效手段。本研究結果發(fā)現(xiàn)積溫與產量顯著正相關，該結果與梁茜等[26]的關于不同播期的有效積溫變化是影響產量最關鍵因子等試驗結果相一致。

3.2 播期對夏玉米生物量及干物質積累分配的影響

作物株高受基因型和環(huán)境的影響，提前播種期并且加施氮肥有利于葉面積指數(shù)和株高的增加，可有效提高作物生物量[27-28]；播期推遲引起的生育期縮短會導致植株發(fā)育時間縮短，株高、葉面積及葉面積指數(shù)降低，并且會加快花后葉片衰老進程。鑒于綠葉面積及其有效功能期是干物質積累和產量形成的基礎，而生物產量（群體干物質積累）決定著玉米產量[29]，因此夏玉米適當早播可有效增加干物質積累量，晚播則花后干物質積累量減少，作物生物量降低[30-32]。本研究表明，不同播種時期對株高影響相對較小，對葉面積指數(shù)影響較大，適期播種可有效增加玉米葉面積指數(shù)，2018年S2和S3葉面積指數(shù)顯著高于其他水平（圖3），尤其S3株高及葉面積指數(shù)均高于本年度其他播期，較高的生物量積累為該播期獲得高產奠定了堅實的基礎。研究表明玉米開花期至成熟期有較高的干物質與養(yǎng)分積累可顯著提高玉米開花后所積累養(yǎng)分對籽粒貢獻率[33]。同時播期是影響作物群體性狀和產量形成的重要因素，主要通過影響作物生育前期積溫及光照等生態(tài)因素來影響個體生長發(fā)育和群體建成，并通過溫度條件影響干物質積累分配及籽粒灌漿。相關研究證明夏播玉米獲得較高產量主要在于籽粒灌漿開啟后莖鞘內干物質向籽粒轉運速率快并且灌漿速率高[8,34]。本研究表明，收獲期穗部干物質積累量較高播期的產量相對高于其他播期（表2，表4）。同時積溫的增加對生殖生長的干物質積累優(yōu)勢更為明顯，灌漿期溫度升高更有利于玉米生物量的積累[35]。

3.3 播期對夏玉米籽粒灌漿特性及產量品質形成的影響

干物質在不同器官的積累量在作物生長發(fā)育各個階段差異較大，其在各器官中的分配對于建立平衡的源庫關系及高產優(yōu)質生產具有重要意義。籽粒灌漿是玉米產量形成的主要過程，適期播種是玉米在生育期內高效利用光熱資源的保障和獲得高產的重要栽培措施[5,36-37]。適時播種可以促進夏玉米在生育進程中充分利用當?shù)毓?、溫、水等氣候資源，促進夏玉米生長發(fā)育，加速玉米灌漿速率，進而提高產量和品質[38-39]。在夏玉米灌漿期增加光照可以促進干物質積累和籽粒灌漿速率，進而提高產量[7,40]。本研究表明，日照與果穗粗極顯著正相關，與果穗長顯著正相關，與玉米籽粒淀粉含量顯著正相關；積溫則直接與產量顯著正相關，同時積溫與玉米籽粒中脂肪和粗纖維含量顯著正相關。付幫波等[41]的研究結果表明，日照是影響灌漿速率的主導氣象因子，溫度是限制因子，其他氣象因素的影響一般為間接性。最高氣溫平均值對灌漿速度的影響最重要[11]。植株的干物質積累、轉運及籽粒灌漿狀況是決定粒重進而影響產量的重要因素。付幫波等[42]用糖花比（抽穗期莖鞘非結構性碳水化合物與穎花數(shù)的比值）來表示灌漿初期每朵穎花所能獲得的灌漿物質的多少，其數(shù)值大小與籽粒灌漿初期的生理活性呈正相關。籽粒灌漿的過程決定最終的產量及品質，灌漿特性不同，米質不同，一般籽粒充實度越好稻米品質越優(yōu)[14,43-44]。本研究表明不同播期下玉米灌漿期溫度存在較大差異，不同年份籽粒灌漿期溫度較高并且光照資源充足的播期，能夠截獲更多的太陽輻射，提高群體生產力，從而滿足玉米灌漿結實期對光溫資源的需求，因此其產量和品質性相對較好。

4 結論

通過3 年大田試驗，對積溫、降水、日照與夏玉米產量因素及品質關系進行顯著性分析，結果表明，積溫顯著影響玉米群體產量、葉面積指數(shù)和籽粒脂肪含量、粗纖維含量，降水與日照顯著影響果穗粗，日照顯著影響果穗長與籽粒淀粉含量。適期播種能夠有效利用氣候條件，提高夏玉米對光、溫、水資源的利用效率，促進光合同化物由葉片向穗的轉運，提高籽粒灌漿速率，有效增加粒重，從而保證產量和品質的形成。